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1、课 程 设 计 课程名称： 化工原理课程设计 设计题目： 甲醇-水分离过程填料精馏塔设计 院 系： 化学工程学院 学生姓名： 张雪晗 学 号： 29 专业班级： 化工1002班 指导教师： 史彬 2013 年 01 月 12 日 甲醇-水分离过程填料精馏塔设计 目 录前 言.31设计方案的确定.32精馏塔的物料衡算.42.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.42.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量.52.3物料衡算.53塔板数的确定.53.1解析法求理论板层数.63.2全塔效率E.7 3.3实际塔板数的求取.94 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算.94.1工艺条件.94.2平均摩尔质量.
2、94.3平均密度计算.104.4液体平均表面张力计算.114.5液体平均粘度计算.125精馏塔的塔体工艺尺寸计算.125.1 塔径的计算.125.2填料层高度计算.146填料层压降计算.147附属设备及主要附件的选型计算.14 7.1，塔顶出料口管径的计算.147.2,回流管径的计算.157.3, 进料口的管径的计算.15 7.4塔釜出料口的管径的计算.15 7.5筒体厚度.15 7.6 封头.17 7.7冷凝器.177.8加热器.178小结.179全章主要符号说明.19 前 言填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀淋洒于填料层上，继而沿填料表面缓慢下流。气体自塔下部进入，穿过栅
3、板沿着填料间隙上升。这样,气液两相沿着塔高在填料表面与填料自由空间连续逆流接触，进行传质和传热。甲醇-水属于难分离物系，选用填料精馏塔的分离效率较高，容易满足生产要求。1设计方案的确定本设计任务为。分离甲醇-水混合物，对于二元混合物的分离，一般采用连续精馏流程。精馏是分离液体混合物最常用的一种操作，它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。精馏对塔设备的要求大致:一：生产能力大：即单位塔截面可通过较大的汽、液相流率，不会产生液泛等不正常流动。二：效率高：汽、液两相在塔内流动时能保持充分的密切接触，具有
4、较高的塔板效率或较大的传质速率。三：流动阻力小：流体通过塔设备的阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作时易于达到要求的真空度。四：有一定的操作弹性：当汽、液相流率有一定的波动时，两相均能维持正常的流动，且不会使效率产生较大的变化。五：结构简单，造价低，安装检修方便。六：能满足物性每些工艺特性，如腐蚀性、热敏性、气泡性等特殊要求。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。甲醇常压下的沸点为64.7，故可采用常压操作。用30的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽
5、加热方式，釜残液直接排放。甲醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中。设计中选用金属散装阶梯环D38填料。因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便定期拆卸和清洗。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少一半，并在一端增加了一个锥型翻边。由于高经比减少，使的气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥型翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环型填料中最为优良
6、的一种。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低，根据计算故选用Dn38规格的。温度/液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数温度/液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数1000075.30.40.72996.40.020.13473.10.50.77993.50.040.23471.20.60.82591.20.060.30469.30.70.8789.30.080.36567.60.80.91587.70.10.418660.90.95884.40.150.517650.
7、950.97981.70.20.57964.511780.30.6652精馏塔的物料衡算2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量：水的摩尔质量： 2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 2.3物料衡算 废甲醇溶媒的处理量为，每年工作日为300天，每天 24小时连续运行。原料处理： 总物料衡算: 甲醇物料衡算: 解得: 3塔板数的确定3.1.1求最小回流比及操作回流比 泡点进料，q值为1，采用作图法求最小回流比:在x-y图中对角线上，自点（0.324,0.324）作垂线即为进料线.该线与平衡线的交点坐 标: 故最小回流比; 故取操作回流比:3.1.2求精馏塔的气液相负荷 气相组
8、成: 液相组成: 精溜段的操作线方程为 提溜段的操作线方程为3.1.3采用解析法求理论板数 所以，第9块板为进料板。 提馏段： 由以上数据可知总理论板层数:,进料层：3.2全塔效率E 塔顶温度: 塔釜温度: 进料温度: 精馏段的平均温度为 提留段的平均温度为 塔平均温度： 该温度下进料液相平均粘度： 查手册可得： 故水的重要物理性质温度t/（）密度/（kg/m3）黏度/（mPa.s）张力/（mN/m）比热容Cp /（Kj/kg.k）20998.21.00572.604.18360983.20.468866.204.17870977.80.406164.304.18780971.80.35656
9、2.604.19590965.30.316560.704.208100958.40.283858.804.220甲醇的重要物理性质温度t/（）密度/（kg/m3）黏度/（mPa.s）张力/（mN/m）比热容Cp /（Kj/kg.k）20804.80.580022.0760761.10.344017.3370749.40.307016.1880737.40.277015.049072490.250013.91100712.00.228012.803.3实际塔板数的求取 精馏段实际板层数: 块。 提留段实际板层数: 块。4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算4.1工艺条件 塔顶压力: P=101.3Kpa. 操作温度: 塔顶温度: t=64.5 塔釜温度:t=99.6 进料温度: t=77.04.2平均摩尔质量 塔顶平均摩尔质量: 进料板层平均摩尔质量: 查X-Y图得: 塔底平均摩尔质量: 精馏段平均摩尔质量: 提馏段平均摩尔质量： 4.3平均密度计算(1).气相平均密度: 精馏段的蒸汽密度： 提留段的蒸汽密度：
